JPS6240291Y2 - - Google Patents

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JPS6240291Y2
JPS6240291Y2 JP11383086U JP11383086U JPS6240291Y2 JP S6240291 Y2 JPS6240291 Y2 JP S6240291Y2 JP 11383086 U JP11383086 U JP 11383086U JP 11383086 U JP11383086 U JP 11383086U JP S6240291 Y2 JPS6240291 Y2 JP S6240291Y2
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helium
pressure
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gas
liquefied
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【考案の詳細な説明】 本考案は被冷却体を4〓以下の温度に冷却する
ためのヘリウム冷凍装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a helium refrigeration system for cooling an object to be cooled to a temperature of 4°C or less.

近年大容量排気用クライオポンプ、超電導マグ
ネツトなどの被冷却体を冷却するため4〓以下の
冷凍装置が各種開発されている。従来の4〓以下
のヘリウム冷凍装置はユーザーの要求により特別
に設計された装置であり、汎用性を持たないもの
であつた。
In recent years, various types of refrigeration equipment of 4ⓓ or less have been developed for cooling objects to be cooled such as large-capacity exhaust cryopumps and superconducting magnets. Conventional helium refrigeration equipment of 4ⓓ or less is a device specially designed according to user requirements, and is not versatile.

本考案は従来すでに実用化されている4〓以上
のヘリウム液化冷凍機を利用して、汎用性を持つ
4〓以下のヘリウム液化冷凍装置を得ることを目
的とする。
The purpose of the present invention is to obtain a versatile helium liquefaction refrigerator of 4 ㎓ or less by using a helium liquefaction refrigerator of 4 〓 or more that has already been put into practical use.

従来の4〓以下のヘリウム液化冷凍装置の一例
を第1図に示す。図において1はヘリウム圧縮
機、10は減圧装置、3はヘリウム液化冷凍機で
ある。ヘリウム液化冷凍機3は、ヘリウム圧縮機
1によつて圧縮された高圧ヘリウムガス、ほゞ大
気圧の低圧ヘリウムガス、大気圧より低い減圧ヘ
リウムガスなどの間の3流体式熱交換器HX−1
〜HX−5、膨張機T−1,T−2、液化ヘリウ
ム溜4、別の熱交換器HX−6、低温制御弁V−
1,V−2などの機器を断熱容器に内蔵したもの
である。
An example of a conventional helium liquefaction refrigeration system with a capacity of 4ⓓ or less is shown in FIG. In the figure, 1 is a helium compressor, 10 is a pressure reducing device, and 3 is a helium liquefaction refrigerator. The helium liquefaction refrigerator 3 is a three-fluid heat exchanger HX-1 between high-pressure helium gas compressed by the helium compressor 1, low-pressure helium gas at almost atmospheric pressure, reduced-pressure helium gas lower than atmospheric pressure, etc.
~HX-5, expanders T-1, T-2, liquefied helium reservoir 4, another heat exchanger HX-6, low temperature control valve V-
1, V-2, etc. are housed in a heat insulating container.

第1図に従つて作動を説明すると、大気圧のヘ
リウムガスをヘリウム圧縮機1により圧縮した高
圧ヘリウムガスは導管2を経てヘリウム液化冷凍
機3に供給される。高圧ヘリウムガスは熱交換器
HX−1〜HX−5及び膨張機T−1,T−2によ
り冷却され、低温制御弁V−1で液化され、液化
ヘリウム溜4に大気圧で貯蔵される。液化ヘリウ
ム溜4内の気化したヘリウムガスは熱交換器HX
−5〜HX−1を経て低圧タンク11に回収さ
れ、及びヘリウム圧縮機1で圧縮される。一方液
化ヘリウム溜4内の大気圧の液化ヘリウムは低温
制御弁V−2で減圧されて低温移送管6を経て被
冷却体7に供給される。被冷却体7からの戻りガ
スは低温移送管8を経てヘリウム液化冷凍機3に
導かれ、熱交換器HX−6〜HX−1を経て減圧装
置10に吸引され、大気圧まで圧縮される。
The operation will be explained according to FIG. 1. High pressure helium gas obtained by compressing atmospheric pressure helium gas by a helium compressor 1 is supplied to a helium liquefaction refrigerator 3 through a conduit 2. High pressure helium gas heat exchanger
It is cooled by HX-1 to HX-5 and expanders T-1 and T-2, liquefied by a low temperature control valve V-1, and stored in a liquefied helium reservoir 4 at atmospheric pressure. The vaporized helium gas in the liquefied helium reservoir 4 is transferred to the heat exchanger HX.
-5 to HX-1, is recovered to a low pressure tank 11, and compressed by a helium compressor 1. On the other hand, the liquefied helium at atmospheric pressure in the liquefied helium reservoir 4 is reduced in pressure by the low temperature control valve V-2 and is supplied to the object to be cooled 7 via the low temperature transfer pipe 6. The return gas from the object to be cooled 7 is guided to the helium liquefaction refrigerator 3 via the low-temperature transfer pipe 8, and is sucked into the pressure reducing device 10 via the heat exchangers HX-6 to HX-1, where it is compressed to atmospheric pressure.

被冷却体7を初期冷却する場合、液化ヘリウム
溜4から液化ヘリウムが被冷却体7に供給され
る。このとき戻りガスは被冷却体7が液化ヘリウ
ム温度まで冷却されるまでは別系統の弁V−5、
導管12を経て昇温器13により常温まで加熱し
てから減圧装置10に吸引されるようにする。
When initially cooling the object 7 to be cooled, liquefied helium is supplied from the liquefied helium reservoir 4 to the object 7 to be cooled. At this time, the return gas is supplied to the valve V-5 in a separate system until the object 7 to be cooled is cooled to the liquefied helium temperature.
It is heated to room temperature through a conduit 12 by a temperature riser 13 and then sucked into a pressure reducing device 10.

ヘリウム液化冷凍機3を停止するときは気化し
たヘリウムガスを高圧タンク14に回収する。
When the helium liquefaction refrigerator 3 is stopped, the vaporized helium gas is collected into the high pressure tank 14.

上述した従来の4〓以下のヘリウム冷凍装置は
つぎの欠点を持つている。
The above-mentioned conventional helium refrigeration system having a capacity of 4ⓓ or less has the following drawbacks.

(1) それぞれの要求条件に基づいて特別に設計す
る必要があり、従つてコストが高い。
(1) It needs to be specially designed based on each requirement, and therefore the cost is high.

(2) ヘリウム液化冷凍機3内の熱交換器が3流体
式の多段熱交換器であるため減圧ラインの圧力
損失が大きく、減圧装置10を容量の大きいも
のとする必要がある。
(2) Since the heat exchanger in the helium liquefaction refrigerator 3 is a three-fluid type multistage heat exchanger, the pressure loss in the pressure reduction line is large, and the pressure reduction device 10 needs to have a large capacity.

(3) 被冷却体7の熱負荷量の変動が大きい場合、
ヘリウム液化冷凍機3内の温度バランスの保持
が困難である。
(3) When the variation in the amount of heat load on the object to be cooled 7 is large,
It is difficult to maintain the temperature balance within the helium liquefaction refrigerator 3.

(4) ヘリウム液化冷凍機内に故障確率の高い膨張
機があるため、故障した場合に4〓以下の温度
保持が困難となる。
(4) Since there is an expander inside the helium liquefaction refrigerator that has a high failure rate, it will be difficult to maintain the temperature below 4〓 in the event of a failure.

(5) 被冷却体7の初期冷却時、すなわち常温から
ヘリウム液化温度まで冷却するとき、ヘリウム
液化冷凍機3内に戻りガスを戻すと熱交換器の
温度バランスがくずれるため、別ラインで回収
する必要があり、このとき寒冷の回収ができな
い。
(5) During the initial cooling of the object to be cooled 7, that is, when cooling from room temperature to the helium liquefaction temperature, if the gas is returned to the helium liquefaction refrigerator 3, the temperature balance of the heat exchanger will be disrupted, so it is collected in a separate line. At this time, cold recovery is not possible.

(6) ヘリウム液化冷凍機3は3流体(高圧、低
圧、減圧などの流体)形式であるから制御機器
が複雑となり、操作が困難である。
(6) Since the helium liquefaction refrigerator 3 is a three-fluid type (fluid for high pressure, low pressure, reduced pressure, etc.), the control equipment is complicated and operation is difficult.

本考案は上記の如き従来の冷凍装置の欠点を除
去することを目的としており、従来実用化されて
いる4〓以上のヘリウム液化冷凍装置を使用し、
これとヘリウム減圧装置と再生熱交換装置とを組
み合せ、各独立した機器構成により4〓以下のヘ
リウム冷凍装置を構成する如くしたものである。
The purpose of this invention is to eliminate the drawbacks of the conventional refrigeration equipment as described above, and it uses a helium liquefaction refrigeration equipment of 4 or more that has been put into practical use.
By combining this with a helium decompression device and a regenerative heat exchange device, a helium refrigeration device of 4ⓓ or less is constructed by each independent equipment configuration.

該再生熱交換装置は被冷却体からも戻りガスの
寒冷でヘリウムガスを再液化させる如く構成され
る。
The regenerative heat exchange device is configured to reliquefy helium gas by cooling the gas returned from the object to be cooled.

本考案の一実施例を第2図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図示する装置は4〓以下の寒冷を発生させるヘ
リウム冷凍装置で、ヘリウム圧縮機101、ヘリ
ウム液化冷凍機103、液化ヘリウム容器10
4、被冷却体107、再生熱交換装置125、昇
温器113、ヘリウム減圧装置110、低圧タン
ク111、高圧回収タンク114などから構成さ
れる。これらのうちヘリウム圧縮機101、ヘリ
ウム液化冷凍機103、液化ヘリウム容器10
4、低圧タンク111、高圧回収タンク114の
組合せは4〓以上のヘリウム液化冷凍装置として
公知であり、市販されている。
The illustrated device is a helium refrigeration device that generates 4 degrees of cold or less, including a helium compressor 101, a helium liquefaction refrigerator 103, and a liquefied helium container 10.
4, the body to be cooled 107, a regenerative heat exchange device 125, a temperature riser 113, a helium pressure reduction device 110, a low pressure tank 111, a high pressure recovery tank 114, etc. Among these, helium compressor 101, helium liquefaction refrigerator 103, liquefied helium container 10
4. The combination of the low-pressure tank 111 and the high-pressure recovery tank 114 is known as a helium liquefaction refrigeration system of 4 or more and is commercially available.

すなわち本考案は従来の4〓以上のヘリウム冷
凍装置に再生熱交換装置125と昇温器113、
ヘリウム減圧装置110を附加することによつて
4〓以下のヘリウム冷凍装置とするものである。
That is, the present invention adds a regenerative heat exchanger 125, a temperature riser 113,
By adding a helium decompression device 110, the helium refrigeration system can be made into a helium refrigeration system of 4ⓓ or less.

第2図に示すヘリウム冷凍装置の基本的フロー
はつぎのとおりである。
The basic flow of the helium refrigeration system shown in FIG. 2 is as follows.

(1) 4〓以上のヘリウム液化冷凍装置により液化
ヘリウム容器104内に4〓以上の液化ヘリウ
ムを製造し、貯蔵する。
(1) Produce and store liquefied helium of 4ⓓ or more in the liquefied helium container 104 using a 4ⓓ or more helium liquefaction refrigeration device.

(2) 液化ヘリウム容器104内の液化ヘリウムを
ヘリウム減圧装置110により被冷却体107
に移送管106を経て供給する。
(2) The liquefied helium in the liquefied helium container 104 is transferred to the object to be cooled 107 by the helium decompression device 110.
through the transfer pipe 106.

(3) 被冷却体107への入口制御弁V−10によ
り、このとき4〓以上の液化ヘリウムは減圧し
て4〓以下となる。
(3) The inlet control valve V-10 to the object to be cooled 107 reduces the pressure of the liquefied helium of 4ⓓ or more to 4ⓓ or less.

(4) 被冷却体107の熱負荷によつて気化したヘ
リウムガスは移送管112を経て再生熱交換装
置125に導かれる。
(4) Helium gas vaporized by the heat load on the object to be cooled 107 is guided to the regenerative heat exchange device 125 via the transfer pipe 112.

(5) 再生熱交換装置125に導かれたヘリウムガ
スは熱交換器126内で高圧ヘリウムガスと熱
交換して温められ、昇温器113で常温のヘリ
ウムガスに昇温してヘリウム減圧装置110に
吸引される。
(5) The helium gas led to the regenerative heat exchange device 125 is heated by exchanging heat with high-pressure helium gas in the heat exchanger 126, and heated to normal temperature helium gas in the temperature riser 113, and then sent to the helium decompression device 110. is attracted to.

(6) 吸引されたヘリウムガスはヘリウム減圧装置
110によつて大気圧よりも少し高めの圧力で
低圧タンク111に回収され、ヘリウム圧縮機
101で再圧縮される。
(6) The sucked helium gas is recovered by the helium pressure reducing device 110 into the low pressure tank 111 at a pressure slightly higher than atmospheric pressure, and is recompressed by the helium compressor 101.

(7) ヘリウム圧縮機101で圧縮された高圧ヘリ
ウムガスはヘリウム液化冷凍機103と再生熱
交換装置125とに供給される。
(7) High-pressure helium gas compressed by the helium compressor 101 is supplied to the helium liquefaction refrigerator 103 and the regenerative heat exchange device 125.

ヘリウム液化冷凍機103に供給された高圧
ヘリウムガスは熱交換機HX′−1ないしHX′−
5、膨張機T′−1,T′−2及び導管115内
を通る液化窒素などにより冷却されて、膨張弁
V−8によつて4〓以上の液化ヘリウムガスを
つくる。
The high pressure helium gas supplied to the helium liquefaction refrigerator 103 is transferred to the heat exchanger HX'-1 or HX'-
5. It is cooled by liquefied nitrogen passing through the expanders T'-1, T'-2 and the conduit 115, and liquefied helium gas of 4ⓓ or more is produced by the expansion valve V-8.

一方、再生熱交換装置125へ供給される高
圧ヘリウムガスは被冷却体107からの戻り寒
冷によつて冷却され、低温制御弁V−12によ
り大気圧附近まで自由膨張し、一部は液化して
液化ヘリウム容器104内に貯蔵される。
On the other hand, the high-pressure helium gas supplied to the regenerative heat exchanger 125 is cooled by the return cold from the object to be cooled 107, and is freely expanded to near atmospheric pressure by the low temperature control valve V-12, and a portion of it is liquefied. It is stored in a liquefied helium container 104.

(8) 液化ヘリウム容器104内の気化したヘリウ
ムガス(主として膨張弁V−8及び低温制御弁
V−12による)は全量ヘリウム液化冷凍機1
03に回収される。この場合、気化した寒冷ヘ
リウムガスの量は再生熱交換装置125の低温
制御弁V−12によつて気化ヘリウムガスが追
加されるため、増加する。
(8) The entire amount of vaporized helium gas in the liquefied helium container 104 (mainly caused by the expansion valve V-8 and the low temperature control valve V-12) is transferred to the helium liquefaction refrigerator 1.
It will be collected on 03. In this case, the amount of vaporized cold helium gas increases because vaporized helium gas is added by the low temperature control valve V-12 of the regenerative heat exchanger 125.

(9) 増加した寒冷ヘリウムガスはヘリウム液化冷
凍機103内の熱交換器により高圧ヘリウムガ
スに増加した寒冷を与え、従つてヘリウム液化
冷凍機103の液化能力を増大させる。
(9) The increased cold helium gas imparts increased refrigeration to the high-pressure helium gas by the heat exchanger in the helium liquefaction refrigerator 103, thus increasing the liquefaction capacity of the helium liquefaction refrigerator 103.

(10) このヘリウムガスはヘリウム液化冷凍機10
3から低圧タンク111およびヘリウム圧縮機
101に導かれる。
(10) This helium gas is helium liquefaction refrigerator 10
3 to a low pressure tank 111 and a helium compressor 101.

(11) ヘリウム液化冷凍機103の停止時にはヘリ
ウム圧縮機101により高圧回収タンク114
にヘリウムガスが回収される。
(11) When the helium liquefaction refrigerator 103 is stopped, the high pressure recovery tank 114 is
Helium gas is recovered.

ヘリウム冷凍装置の運転時にヘリウム圧縮機
101の吸入圧力が高くなり、吐出圧力が規定
より高くなるほど、ヘリウム流量のバランスが
くずれるような場合、自動的に高圧回収タンク
114にヘリウムガスが回収される。逆に低圧
タンク111の圧力が規定より減つた場合には
高圧回収タンク114からヘリウムガスが自動
的に供給される。
If the helium flow rate becomes unbalanced as the suction pressure of the helium compressor 101 becomes higher and the discharge pressure becomes higher than the specified value during operation of the helium refrigeration system, helium gas is automatically recovered to the high-pressure recovery tank 114. Conversely, when the pressure in the low pressure tank 111 decreases below the specified level, helium gas is automatically supplied from the high pressure recovery tank 114.

(12) 次に再生熱交換装置125の機能について説
明する。この装置125はヘリウム液化冷凍機
103とは独立した装置であり、断熱された容
器内に熱交換器126と低温制御弁V−12と
が内蔵されている。
(12) Next, the function of the regenerative heat exchange device 125 will be explained. This device 125 is an independent device from the helium liquefaction refrigerator 103, and includes a heat exchanger 126 and a low temperature control valve V-12 built in an insulated container.

熱交換器126は被冷却体107からの大気
圧以下に減圧された寒冷ヘリウムガスと、ヘリ
ウム圧縮機101から供給される高圧ヘリウム
ガスとの間の熱交換を行う機器であり、低温制
御弁V−12は熱交換器126によつて高圧ヘ
リウムガスが該熱交換器の出口において約5〜
7〓の温度まで冷却されたときにこの温度を検
知する検知器S−2の指令によつて開く温度制
御弁としての役割と、高圧ヘリウムガスを大気
圧附近の圧力まで減圧して自由膨張によりその
一部を液化させる膨張弁(ジユールトムソン
弁)としての役割とを持つものである。
The heat exchanger 126 is a device that exchanges heat between the cold helium gas from the object to be cooled 107 whose pressure has been reduced to below atmospheric pressure and the high-pressure helium gas supplied from the helium compressor 101. -12 is a heat exchanger 126 in which high pressure helium gas is supplied to the outlet of the heat exchanger from about 5 to
It functions as a temperature control valve that opens in response to a command from the detector S-2, which detects this temperature when it has cooled to a temperature of 7. It has the role of an expansion valve (Joule-Thomson valve) that liquefies a part of the liquid.

なお供給される高圧ヘリウムガスの圧力は望
ましくは6〜20気圧とする。
The pressure of the high-pressure helium gas supplied is preferably 6 to 20 atmospheres.

(13) 本装置による被冷却体107の初期冷却、
すなわち常温から4〓以下の温度までの冷却は
つぎの如く行われる。
(13) Initial cooling of the object to be cooled 107 by this device,
That is, cooling from room temperature to a temperature of 4°C or less is performed as follows.

ヘリウム圧縮機101とヘリウム液化冷凍機
103とにより液化ヘリウムを液化ヘリウム容
器104内に製造し、貯蔵する。次に液化ヘリ
ウム容器104内の液化ヘリウムをヘリウム減
圧装置110によつて被冷却体107に移送し
て冷却を行う。被冷却体107で気化したヘリ
ウムガスは再生熱交換装置125を予冷して昇
温器113で常温まで昇温しヘリウム減圧装置
110に吸引される。ヘリウム減圧装置110
に吸引されたヘリウムガスは大気圧程度まで圧
縮され、ヘリウム圧縮機101に導かれる。な
お再生熱交換装置125内の高圧ヘリウムガス
は低温制御弁V−12が作動する温度まで冷却
されない限り、弁が閉じており、流れは生じな
い。
Liquefied helium is produced and stored in a liquefied helium container 104 by a helium compressor 101 and a helium liquefaction refrigerator 103. Next, the liquefied helium in the liquefied helium container 104 is transferred to the object to be cooled 107 by the helium decompression device 110 and cooled. The helium gas vaporized in the object to be cooled 107 is pre-cooled in the regenerative heat exchange device 125, heated to room temperature in the temperature riser 113, and then sucked into the helium decompression device 110. Helium decompression device 110
The helium gas sucked into is compressed to about atmospheric pressure and guided to the helium compressor 101. Note that unless the high-pressure helium gas in the regenerative heat exchange device 125 is cooled to a temperature at which the low temperature control valve V-12 operates, the valve is closed and no flow occurs.

被冷却体107が5〜7〓まで冷却すると再
生熱交換装置125内の低温制御弁V−12が
作動して定常運転に入り、被冷却体107は4
〓以下まで冷却される。
When the object to be cooled 107 is cooled down to 5 to 7〓, the low temperature control valve V-12 in the regenerative heat exchanger 125 is activated to enter steady operation, and the object to be cooled 107 is
〓 Cooled down to below.

(14) 第2図において主要な制御機器の機能はつ
ぎのとおりである。
(14) The functions of the main control equipment in Figure 2 are as follows.

ヘリウム液化冷凍機103内の膨張弁V−8
は従来の4〓以上のヘリウム液化冷凍機に附属
しているものである。
Expansion valve V-8 in helium liquefaction refrigerator 103
is attached to a conventional helium liquefaction refrigerator of 4ⓓ or more.

被冷却体107の入口制御弁V−10は4〓
以上の液化ヘリウムを自由膨張により4〓以下
の温度とする圧力調節弁である。
The inlet control valve V-10 of the cooled body 107 is 4〓
This is a pressure regulating valve that brings the above liquefied helium to a temperature of 4㎜ or less by free expansion.

V−11は常温減圧制御弁であつて、ヘリウ
ム減圧装置110の吸引圧力を調節する。V−
12は低温制御弁であつて、熱交換器126の
高圧ヘリウム出口温度によつて開閉する機能と
高圧ヘリウムを大気圧附近まで減圧する機能と
を持つている。さらに、被冷却体107内の熱
負荷量が規定よりも小さく、液化ヘリウム容器
104内の貯蔵液量が増加して規定量に達した
ときは液面計S−1の信号によつて弁V−12
が閉じる。
V-11 is a normal temperature pressure reduction control valve that adjusts the suction pressure of the helium pressure reduction device 110. V-
Reference numeral 12 denotes a low temperature control valve, which has the function of opening and closing depending on the high pressure helium outlet temperature of the heat exchanger 126 and the function of reducing the pressure of the high pressure helium to near atmospheric pressure. Further, when the amount of heat load in the cooled body 107 is smaller than the specified value and the amount of liquid stored in the liquefied helium container 104 increases and reaches the specified amount, the signal from the liquid level gauge S-1 is used to control the valve V. -12
closes.

常温高圧制御弁V−13はヘリウム圧縮機1
01の吐出圧力が規定値よりも高くなつたとき
に高圧ガスを高圧回収タンク114に回収する
制御弁である。常温低圧制御弁V−14はヘリ
ウム圧縮機101の吸入圧力が規定値より低く
なつたときに高圧回収タンク114から圧力を
供給する制御弁である。
Room temperature high pressure control valve V-13 is helium compressor 1
This is a control valve that recovers high pressure gas to the high pressure recovery tank 114 when the discharge pressure of 01 becomes higher than a specified value. The normal temperature low pressure control valve V-14 is a control valve that supplies pressure from the high pressure recovery tank 114 when the suction pressure of the helium compressor 101 becomes lower than a specified value.

以上説明したように本考案によればヘリウム液
化冷凍機103、ヘリウム圧縮機101及び液化
ヘリウム容器104を有した従来の4〓以上のヘ
リウム冷凍装置に再生熱交換装置125と昇温器
113とヘリウム減圧装置110とを付加するこ
とにより4〓以下のヘリウム冷凍装置を与えるも
のであり、製作コストが安い。さらに本考案の装
置は各主要機器が独立した構成であるから各機器
の操作、制御が容易であり、設置場所に達した配
置とすることができ、整備、修理も容易である。
As explained above, according to the present invention, a regenerative heat exchange device 125, a temperature riser 113, and a helium refrigerating device are added to the conventional helium refrigeration system having four or more units, which includes a helium liquefaction refrigerator 103, a helium compressor 101, and a liquefied helium container 104. By adding a pressure reducing device 110, a helium refrigeration device of 4ⓓ or less can be provided, and the manufacturing cost is low. Furthermore, since the device of the present invention has an independent structure in which each main device is configured, each device is easy to operate and control, can be arranged at the installation location, and is easy to maintain and repair.

減圧ヘリウムラインがヘリウム液化冷凍機10
3とは分離されているため、被冷却体107の負
荷熱量に変動があつてもヘリウム液化冷凍機10
3の温度バランスをくずす等の影響がなく、被冷
却体を所望の温度に冷却できる。
Decompression helium line is helium liquefaction refrigerator 10
Since the helium liquefaction refrigerator 10 is separated from the
The object to be cooled can be cooled to a desired temperature without affecting the temperature balance of step 3.

さらに、本考案による再生熱交換装置125は
被冷却体107からの減圧ヘリウムガスの寒冷を
有効に利用して、ヘリウムガスの液化を行い且つ
ヘリウム液化冷凍機103のヘリウム液化能力を
増大する効果を有する。
Furthermore, the regenerative heat exchange device 125 according to the present invention effectively utilizes the cooling of the reduced pressure helium gas from the object to be cooled 107 to liquefy helium gas and increase the helium liquefaction capacity of the helium liquefaction refrigerator 103. have

なお、減圧ヘリウムラインの圧力損失は、熱交
換器が多段型3流体式熱交換器でないこと、独立
した減圧配管であるため管径を大きくできるこ
と、などのため小さくでき、ヘリウム減圧装置1
10の規模を小さくでき、駆動電動機を小とする
ことができる。
The pressure loss of the helium decompression line can be reduced because the heat exchanger is not a multistage three-fluid heat exchanger, and because it is an independent decompression piping, the pipe diameter can be increased.
10 can be made smaller, and the drive motor can be made smaller.

さらに、故障確率の高いヘリウム液化冷凍機1
03内の膨張機T′−1,T′−2と減圧ヘリウム
ラインとが分離されているから、ヘリウム液化冷
凍機103が故障しても液化ヘリウム容器104
内の液化ヘリウムがなくなるまで連続運転ができ
る。
In addition, helium liquefaction refrigerator 1 with a high failure probability
Since the expanders T'-1 and T'-2 in 03 are separated from the vacuum helium line, even if the helium liquefaction refrigerator 103 fails, the liquefied helium container 104
Continuous operation is possible until the liquefied helium inside runs out.

なお、被冷却体107の初期冷却時に再生熱交
換装置125も予冷でき、減圧ヘリウムガスの寒
冷の有効な利用ができる。
Note that the regenerative heat exchange device 125 can also be precooled during the initial cooling of the object to be cooled 107, and the cooling of the reduced pressure helium gas can be effectively utilized.

被冷却体107の冷凍温度はヘリウム減圧装置
110の常温減圧制御弁V−11と被冷却体10
7の入口制御弁V−10とにより任意の温度に設
定することができ、このときヘリウム液化冷凍機
103に影響を与えない。
The freezing temperature of the object to be cooled 107 is determined by the normal temperature depressurization control valve V-11 of the helium decompression device 110 and the object to be cooled 10.
An arbitrary temperature can be set using the inlet control valve V-10 of No. 7, and the helium liquefaction refrigerator 103 is not affected at this time.

実施例 1 本考案の一実施例を第3図に示す。これは複数
の被冷却体107a,107b……を各独立して
冷却するフローを示している。ヘリウム圧縮機1
01、ヘリウム液化冷凍機103、液化ヘリウム
容器104、昇温器113、ヘリウム減圧装置1
10、低圧タンク111、高圧回収タンク11
4、などは第2図のものと同様であるが、各被冷
却体ごとに再生熱交換装置125a,125b…
…が設けてある。
Example 1 An example of the present invention is shown in FIG. This shows a flow for independently cooling a plurality of objects to be cooled 107a, 107b, . . . . Helium compressor 1
01, helium liquefaction refrigerator 103, liquefied helium container 104, temperature riser 113, helium decompression device 1
10, low pressure tank 111, high pressure recovery tank 11
4, etc. are the same as those in FIG. 2, but regenerative heat exchange devices 125a, 125b, etc. are provided for each object to be cooled.
...is provided.

第3図に基づいて3.5〓のヘリウム冷凍装置の
設計を行つた。設計条件はつぎのとおりである。
Based on Figure 3, we designed a 3.5〓 helium refrigeration system. The design conditions are as follows.

(1) ヘリウム圧縮機 吸入圧力:大気圧、吐出圧力:18atm 処理量 :1100Nm3/hr (2) ヘリウム液化冷凍機(市販品) 液化能力:60〜70/hr(4.5〓) (3) 液化ヘリウム容器 容量:1000 (4) 再生熱交換装置: 高圧側:圧力:18atm、流量9〜10g/s 減圧側:圧力:0.3atm、流量11g/s (5) ヘリウム減圧装置 吸入圧力:0.2atm、吐出圧力:1.1atm 処理量 :220Nm3/hr 以上の結果被冷却体全系でのヘリウム冷凍量は
3.5〓で約200Wであつた。
(1) Helium compressor Suction pressure: atmospheric pressure, discharge pressure: 18atm Processing amount: 1100Nm 3 /hr (2) Helium liquefaction refrigerator (commercial product) Liquefaction capacity: 60-70/hr (4.5〓) (3) Liquefaction Helium container Capacity: 1000 (4) Regenerative heat exchange device: High pressure side: Pressure: 18 atm, flow rate 9 to 10 g/s Reduction side: Pressure: 0.3 atm, flow rate 11 g/s (5) Helium pressure reduction device Suction pressure: 0.2 atm, Discharge pressure: 1.1atm Processing amount: 220Nm 3 /hr As a result of the above, the amount of helium refrigeration in the entire system of the cooled object is
It was about 200W at 3.5〓.

なお実施例1においては複数の被冷却体につい
てそれぞれ再生熱交換装置を使用したが、勿論単
一の再生熱交換装置によつて複数の被冷却体を処
理することもできる。
In the first embodiment, a regenerative heat exchange device was used for each of the plurality of objects to be cooled, but it is of course possible to treat a plurality of objects to be cooled using a single regenerative heat exchange device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の4〓以下のヘリウム冷凍装置の
フローを示す概略図、第2図は本考案によるヘリ
ウム冷凍装置の基本的フローを示す図、第3図は
複数の被冷却体に対する本考案の実施例を示す
図。 101:ヘリウム圧縮機、103:ヘリウム液
化冷凍機、104:液化ヘリウム容器、107:
被冷却体、110:ヘリウム減圧装置、111:
低圧タンク、114:高圧回収タンク、113:
昇温器、106,108,112:導管、11
5:液化窒素導管、HX′−1ないしHX′−5:熱
交換器、T′−1,T′−2:膨張機、V−8:膨
張弁、V−9:低温止弁、V−10:入口制御
弁、V−11:常温減圧制御弁、V−13:常温
高圧制御弁、V−14:常温低圧制御弁、12
5:再生熱交換装置、126:熱交換器、V−1
2:低温制御弁、S−1:液面計、S−2:温度
検知器。
Fig. 1 is a schematic diagram showing the flow of a conventional helium refrigeration system of 4㎜ or less, Fig. 2 is a diagram showing the basic flow of a helium refrigeration system according to the present invention, and Fig. 3 is a diagram showing the basic flow of a helium refrigeration system according to the present invention for a plurality of objects to be cooled. The figure which shows the example of. 101: helium compressor, 103: helium liquefaction refrigerator, 104: liquefied helium container, 107:
Cooled object, 110: Helium decompression device, 111:
Low pressure tank, 114: High pressure recovery tank, 113:
Temperature riser, 106, 108, 112: Conduit, 11
5: Liquefied nitrogen conduit, HX'-1 to HX'-5: Heat exchanger, T'-1, T'-2: Expander, V-8: Expansion valve, V-9: Low temperature stop valve, V- 10: Inlet control valve, V-11: Room temperature pressure reduction control valve, V-13: Room temperature high pressure control valve, V-14: Room temperature low pressure control valve, 12
5: Regenerative heat exchange device, 126: Heat exchanger, V-1
2: Low temperature control valve, S-1: Liquid level gauge, S-2: Temperature detector.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 (1) ヘリウム液化冷凍機、該ヘリウム液化冷凍機
に加圧されたヘリウムを供給するヘリウム圧縮
機及び前記ヘリウム液化冷凍機により得られた
液化ヘリウムを貯蔵する液化ヘリウム容器を有
した4〓以上用のヘリウム液化冷凍装置と; 前記液化ヘリウム容器より被冷却体にヘリウ
ムを送る管路に設けられヘリウムを膨張させる
制御弁と; 前記被冷却体内で発生した寒冷ヘリウムガス
を大気圧以下に減圧して回収するヘリウム減圧
装置と; その減圧された寒冷ヘリウムガスの寒冷を利
用し、常温高圧のヘリウムガスを冷却し、液化
させるための機器を備えた再生熱交換装置と; を有することを特徴とする連続的に被冷却体
を4〓以下に冷却することができるヘリウム冷
凍装置。 (2) 実用新案登録請求の範囲第1項に記載のヘリ
ウム冷凍装置において、前記再生熱交換装置は
前記ヘリウム液化冷凍機とは独立した断熱容器
内に熱交換器と低温制御弁を収納した装置であ
り、熱交換器は常温で6〜20気圧に収縮された
高圧ヘリウムガスと4〓以下で大気圧以下の寒
冷ヘリウムガスとで熱交換する機器であり、低
温制御弁は前記熱交換器の出口温度が5〜7〓
になつたとき開き5〜7〓に冷却された高圧ヘ
リウムガスを大気圧付近まで減圧し、ヘリウム
ガスの一部を液化させる温度制御機能と膨張弁
としての機能とを兼ねる機器であることを特徴
とするヘリウム冷凍装置。
[Claims for Utility Model Registration] (1) A helium liquefaction refrigerator, a helium compressor that supplies pressurized helium to the helium liquefaction refrigerator, and a liquefied helium that stores the liquefied helium obtained by the helium liquefaction refrigerator. a helium liquefaction refrigeration device for 4 or more units having a container; a control valve for expanding helium provided in a conduit that sends helium from the liquefied helium container to the object to be cooled; cold helium gas generated in the object to be cooled; A helium decompression device that reduces the pressure of helium gas to below atmospheric pressure and recovers it; A regenerative heat exchange device that uses the cold of the depressurized cold helium gas to cool and liquefy helium gas at room temperature and high pressure. A helium refrigeration device capable of continuously cooling an object to be cooled to 4ⓓ or less, characterized in that it has the following. (2) Utility Model Registration Scope In the helium refrigeration device according to claim 1, the regenerative heat exchange device is a device in which a heat exchanger and a low temperature control valve are housed in an insulated container independent of the helium liquefaction refrigerator. The heat exchanger is a device that exchanges heat between high-pressure helium gas compressed to 6 to 20 atmospheres at room temperature and cold helium gas at 4㎓ or less and atmospheric pressure or less, and the low temperature control valve is a Outlet temperature is 5~7
The device is characterized by having both a temperature control function and an expansion valve function, which reduces the pressure of high-pressure helium gas that has been cooled to near atmospheric pressure and liquefies a portion of the helium gas. Helium refrigeration equipment.
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